Автор Тема: Вопросы по 3д-моделированию головоломок (на примере конкретной)  (Прочитано 283 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Онлайн Doctor Hedron

  • Пользователь
  • **
  • Сообщений: 69
  • Пол: Мужской
Дошли наконец руки создать подробную тему. Хочу наконец попробовать довести какой-нибудь проект до физического прототипа, но есть целый ряд вопросов, которые хотелось бы прояснить.

Покажу свой процесс на примере Master VTO - октаэдра с вращением по вершинам, 4 слоя вдоль ребра. Механизм с геометрической точки зрения получился работоспособный - при вращении все "ножки" попадают в свои пазы и никогда не упираются ни в какие тупики, ни один из элементов не "держится за воздух", минимальная толщина ножек - что-то около 3 мм (при длине ребра октаэдра 10 см). Работаю в Блендере, Блендер умеет экспортировать в .obj, с которым у студий 3D-печати проблем вроде нет.

Почему Master VTO?
- это, по сути, 3x3 с дополнительными конструкциями на гранях, как Cross Cube и подобные - несложный механизм
- люблю октаэдры и не отказался бы иметь такой
- знаю, что такой уже делали, и причем давно, поэтому в моем проекте нет ничего уникального и я могу смело показывать его во всех подробностях, не боясь, что кто-нибудь украдет идею ;D (ну последнее - это я не вполне всерьез).
В общем, хороший выбор для первого блина комом, как мне кажется. И идеи из него вполне легко распространяются на пяти- и даже шестислойный октаэдры (мечтать не вредно).

Итак, если смоделировать октаэдр и разрезать его по 4 слоя на ребро как VTO, можно заметить, что это - кубик 3x3, у которого средний слой в 2 раза толще крайних, угловые и реберные элементы "срезаны", и на каждой грани сверху есть конструкция из одного центра и 4 ребер (и тривиально вращающейся "вершины").



Для наглядности разные элементы окрашены в разные цвета, скругление граней не производилось

Центральный 3x3: для этого проекта я решил разрезать куб не плоскими сечениями, а шарообразными. Картинка объяснит лучше, чем слова (на ней нету ножек на ребрах и углах, но видна внутренняя сфера, по которой они будут скользить):



Почему? Просто по опыту первой неудачной попытки проектирования этой головоломки, когда я обнаружил, что разрезы на центрах с "внешней" стороны будут слишком глубоко вгрызаться в центры и оставят от них слишком тонкие слои. Если резать так, как на картинке (подойдет в принципе любое сечение вроде шара, конуса, цилиндра и т.д.), то центры 3x3 будут гораздо "толще", и их смело можно будет резать снаружи.

Также забудем пока о креплении всех "центральных" элементов друг к другу (тривиальные кончики (серые), центры внешних конструкций (розовые) и центры 3x3 (зеленые)): они могут вставляться друг в друга, и через центральную трубу будет проходить винт (как это сделано в обычном Dayan Magic Octahedron).

Таким образом, осталось решить вопрос только с движением светло-голубых элементов - ребер внешних конструкций. Эти детали отделены от остальных двумя разрезами - одним глубоким (на расстоянии 3/4 от вершины до центра головоломки) и одним неглубоким (2/4). Рассмотрим сначала глубокий:



В качестве профиля разреза я выбрал цилиндрический, просто потому, что он чуть проще в построении. Здесь есть проблема: расстояние от центра до внутреннего края розовой детали почти равно расстоянию от центра до внешнего края синей детали (по диагонали). Получается, каким бы ни был профиль разреза (цилиндрический, шарообразный, неважно) - на "ножку" крепления (на картинке - серая, прикреплена к голубой детали) останется буквально 2 мм (при длине ребра октаэдра 10 см), и она будет подходить опасно близко к краю головоломки при повороте на 45 градусов - подозреваю, что такую тонкую стенку у синей детали вообще не пропечатать. А на гипотетическом 5-слойном октаэдре вообще будет неминуемо выходить за пределы (классическая проблема углов у больших кубов).

Решение я подсмотрел у Shengshou Master Pyraminx (спасибо ZCube за фотки механизма): расположить ножку для глубокого разреза не на самом теле голубой детали, как здесь, а на ножке неглубокого разреза (которая с этого же ракурса будет выходить из детали "горизонтально"). Это позволит сделать пазы меньшего радиуса (отодвинуть от диагонали синей детали) и позволит сделать ножку более разумной толщины.

Для этого сначала я занялся неглубоким разрезом головоломки (тем, который на расст. 2/4 от вершины до центра) и сделал ножки (и, соответственно, пазы) немного подлиннее, чем изначально планировал:




В результате на глубоком разрезе получается следующая картина:



Таким образом, появилась возможность сдвинуть пазы / ножки этого уровня ближе к центру (в частности, на голубой детали - расположить эту ножку целиком на ножке неглубокого разреза, а не на самой детали, так сказать). Выглядеть это будет так:




Здесь должно быть хорошо видно, почему я решил разрезать центральный куб 3x3 не плоскими сечениями, а шарообразными: с плоскими разрезами от центров осталось бы буквально 2-3 мм материала в некоторых местах (т.к. внутренняя сторона паза достаточно маленького радиуса).

Еще один скриншот, показывающий, как крепятся друг к другу центр и ребро "внешних конструкций" над гранями центрального 3x3. Ножка на ребре не дает детали вывалиться ни "вбок", ни "вверх". При повороте на 45 градусов по любой из осей всё остается внутри головоломки и никуда за ее пределы не вылезает.



Осталось "просверлить" в центральных элементах отверстия под винты, смоделировать крестовину (или взять готовую от какого-нибудь Guanlong'а?) и, возможно, сделать на некоторых поверхностях маленькие выступы и углубления, чтобы октаэдр фиксировался на поворотах по 90 градусов (как у скьюбов и некоторых других головоломок).

Принципы построения разрезов, описанные мной здесь, можно распространить и на 5- и 6-слойный октаэдры (уже пробовал смоделировать на скорую руку). В отличие от 4-слойного, там появляются элементы, явным образом нависающие при повороте на 45 градусов, но трюк с расположением ножки на ножке, а не на самом "теле" детали, позволяет этим механизмам функционировать, пока не появится деталь, которая по обеим осям поворота выходит за границы головоломки, а не только по одной (это начинается с 7-слойного октаэдра).

---

Прошу прощения, если получилось слишком длинно - хотел показать процесс и "ход мысли", так сказать, в подробностях. Итак, вопросы.

1. Есть ли тут какой-то очевидный бред и катастрофический недочет, который я проглядел?

2. Есть ли причина, по которой лучше было бы использовать конические или шарообразные профили для ножек / пазов, а не цилиндрические, как у меня тут?

3. Если посмотреть на последние скриншоты, можно увидеть, что оранжевые углы 3x3, в принципе, тоже могут обзавестись ножками для вставания в пазы, предназначенные для голубых деталей. Стоит ли городить им эти дополнительные крепления? И, возможно, стоит избавиться от крепления этих углов к внутреннему механизму 3x3 вообще, ограничившись только этим?

4. О скруглении (для хоть какого-то срезания углов) и допусках я пока даже не задумывался. Могу, конечно, сделать огромные "Florian holes" на геометрии всех элементов, но как быть с ножками и пазами? Как скруглять их, и надо ли вообще? И сколько мм зазора оставлять между элементами? (как можно заметить, на этих скриншотах зазоры везде 0, что, само собой, нереалистично). Вообще я осторожно предполагал, что от шлифовки поверхностей детали сами естественным образом сотрутся на пол-миллиметра или около того, и поэтому в 3д-модель можно эти допуски не закладывать. Неправ?

5. Минимальная толщина ножек и элементов вообще? То, что на скринах, получается около 3-3.5 мм в самых узких местах.

6. Для 3D-печати: разделять ли каждую деталь на 2-3 части с тонкими стенками, чтобы внутри была пустота, как для промышленных литых головоломок? Или же можно смело отдавать на печать "как есть", а принтер сам разберется, как сделать с N% заполнением?

7. Крестовина. Возможно ли вообще распечатать крестовину 3x3 на 3д-принтере с удовлетворяющим качеством? И как быть с резьбой для винтов?

8. Ну и, наверное, общий вопрос. Можно ли ожидать относительно дешевой стоимости 3д-печати такой головоломки (в пределах... не знаю, 4-5 тысяч руб или около того), или нужно сразу ориентироваться на ценник в районе пары-тройки сотен долларов, как у готовых головоломок на всяких Shapeways? Изначально планировал ребро октаэдра 10 см, но можно уменьшить до ~ 8.